压电式合成射流器的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种压电式合成射流器，包括硅基体、腔体、喷口、振动膜片和压电致动器，硅基体的下方是腔体，喷口位于腔体上方并与腔体贯通，振动膜片位于硅基体下表面，并在腔体的下方形成悬置薄膜，压电致动器位于振动膜片下表面中央，其特点是所述的压电致动器由压电材料，以及贴附于其上下表面的上电极和下电极构成。本发明专利技术公开的上述压电式合成射流器的制作方法，采用电化学腐蚀法，在腔体位置制备多孔硅层，最后释放多孔硅形成腔体，采用感应耦合等离子刻蚀形成喷口，采用低压化学气相沉积法沉积硅振动膜片，采用溶胶－凝胶法制备压电薄膜，由于腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电式合成射流器，还涉及这种合成射流器的制作方法。
技术介绍
合成射流器是流动控制领域中重要的器件之一，它采用压电、静电或电磁等驱动方式使其弹性膜片产生振动，从而引起腔体体积的周期性变化，由此将外界气体不断地通过喷口吸入和排出空腔，在不需额外气源的情况下产生合成式射流，实现流场的主动控制。参照图3。文献“专利号为US 6,457,654的美国专利Micromachined synthetic jet actuators andapplications thereof”公开了一种压电式合成射流器，该合成射流器采用MEMS刻蚀技术在硅片上加工出合成射流器的腔体2和喷口5结构，再用粘接的方法将振动膜片3和压电致动器4与上述结构进行装配，完成器件加工。该技术获得了毫米量级尺寸的微型射流器，但其粘接工艺也带来了生产效率、产品可靠性和一致性降低等问题。同时，由于采用了湿法刻蚀技术，器件的腔体2和喷口5结构剖面几何形状都是锥形。这在相同外部尺寸条件下，减小了腔体体积和喷口孔径，影响了器件产生的合成射流的速度和能量。
技术实现思路
为了克服现有技术由于粘接工艺带来的可靠性、一致性低的不足，本专利技术提供一种，该方法采用电化学腐蚀法，在腔体位置制备多孔硅层，最后释放多孔硅形成腔体，采用感应耦合等离子刻蚀形成喷口，采用低压化学气相沉积法沉积硅振动膜片，采用溶胶-凝胶法制备压电薄膜，腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，可以提高合成射流器可靠性和一致性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案一种压电式合成射流器，包括硅基体、腔体、喷口、振动膜片和压电致动器，硅基体的下方是腔体，位于腔体上方并与腔体贯通的是喷口，腔体和喷口贯穿硅基体，振动膜片位于硅基体的下表面，并在腔体的下方形成悬置薄膜，压电致动器位于振动膜片的下表面中央，其特点是所述的压电致动器由压电材料，以及贴附于其上下表面的上电极和下电极构成。所述的腔体、喷口、振动膜片以及压电致动器的截面形状是等截面的正方形、矩形或圆形。所述的振动膜片，其材料是多晶硅、单晶硅或金属材料。所述的压电材料是PZT压电陶瓷材料或PVDF压电聚合物材料。一种上述压电式合成射流器的制作方法，其特点是包括以下步骤首先将硅基体的上下表面抛光，然后采用低压化学气相沉积法在硅基体上沉积氮化硅层，在硅基体的下表面光刻形成掩模，按照腔体的形状与大小，采用电化学腐蚀法制备多孔硅层，或者采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层；去除硅基体下表面腔体位置以外的氮化硅层，在硅基体的下表面采用低压化学气相沉积法沉积振动膜片，在振动膜片的表面沉积上电极，采用溶胶-凝胶法制备压电材料，在压电材料的下表面沉积下电极，在硅基体的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口，释放多孔硅形成腔体本专利技术的有益效果是由于采用电化学腐蚀法，在腔体位置制备多孔硅层，最后释放多孔硅形成腔体，采用感应耦合等离子刻蚀形成喷口，采用低压化学气相沉积法沉积硅振动膜片，采用溶胶-凝胶法制备压电薄膜，腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。下面结合附图和实施例对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术压电式合成射流器结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是现有技术压电式合成射流器结构示意图。图中，1-硅基体，2-腔体，3-振动膜片，4-压电致动器，5-喷口，6-上电极，7-下电极。具体实施例方式参照图1、图2。本专利技术包括硅基体1、腔体2、喷口5、振动膜片3、压电致动器4、上电极6和下电极7。硅基体1的下方是截面为正方形的腔体2，位于腔体2上方并与腔体2贯通的是截面为正方形的喷口5，腔体2和喷口5贯穿硅基体1，喷口5连接腔体2和外部流场。振动膜片3为多晶硅材料，位于硅基体1的下表面，并在腔体2的下方形成悬置薄膜。压电致动器4由PZT压电陶瓷材料，以及贴附于其上下表面的上电极6和下电极7构成，位于振动膜片3的下表面中央。其中，振动膜片3、压电致动器4的截面形状均为正方形。对腔体2、喷口5、振动膜片3以及压电致动器4的截面形状做成矩形或圆形进行了试验，也都取得了良好的效果。另外，对振动膜片3所用材料也进行了单晶硅和金属材料的试验，效果良好。压电致动器4也使用了PVDF压电聚合物材料，均取得了良好的效果。压电式合成射流器的制作方法如下首先将硅基体1的上下表面抛光，采用低压化学气相沉积法在硅基体1上沉积氮化硅层，在硅基体1的下表面光刻形成掩模，按照腔体2的形状与大小，采用电化学腐蚀法制备多孔硅层，去除硅基体1下表面腔体2位置以外的氮化硅层，在硅基体1的下表面采用低压化学气相沉积法沉积多晶硅作为振动膜片3，在振动膜片3的表面沉积上电极6，采用溶胶-凝胶法制备压电薄膜，在压电薄膜的下表面沉积下电极7，在硅基体1的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口5，释放多孔硅形成腔体2。另外，在硅基体1的下表面采用电化学腐蚀法制备多孔硅层时，也可以采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层。权利要求1.一种压电式合成射流器，包括硅基体、腔体、喷口、振动膜片和压电致动器，硅基体的下方是腔体，位于腔体上方并与腔体贯通的是喷口，腔体和喷口贯穿硅基体，振动膜片位于硅基体的下表面，并在腔体的下方形成悬置薄膜，压电致动器位于振动膜片的下表面中央，其特征在于所述的压电致动器由压电材料，以及贴附于其上下表面的上电极和下电极构成。2.根据权利要求1所述的压电式合成射流器，其特征在于所述的腔体、喷口、振动膜片以及压电致动器的截面形状是等截面的正方形、矩形或圆形。3.根据权利要求1所述的压电式合成射流器，其特征在于所述的振动膜片，其材料是多晶硅、单晶硅或金属材料。4.根据权利要求1所述的压电式合成射流器，其特征在于所述的压电材料是PZT压电陶瓷材料或PVDF压电聚合物材料。5.一种权利要求1所述压电式合成射流器的制作方法，其特征在于包括以下步骤首先将硅基体的上下表面抛光，然后采用低压化学气相沉积法在硅基体上沉积氮化硅层，在硅基体的下表面光刻形成掩模，按照腔体的形状与大小，采用电化学腐蚀法制备多孔硅层，或者采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层；去除硅基体下表面腔体位置以外的氮化硅层，在硅基体的下表面采用低压化学气相沉积法沉积振动膜片，在振动膜片的表面沉积上电极，采用溶胶-凝胶法制备压电材料，在压电材料的下表面沉积下电极，在硅基体的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口，释放多孔硅形成腔体。全文摘要本专利技术公开了一种压电式合成射流器，包括硅基体、腔体、喷口、振动膜片和压电致动器，硅基体的下方是腔体，喷口位于腔体上方并与腔体贯通，振动膜片位于硅基体下表面，并在腔体的下方形成悬置薄膜，压电致动器位于振动膜片下表面中央，其特点是所述的压电致动器由压电材料，以及贴附于其上下表面的上电极和下电极构成。本专利技术公开的上述压电式合成射流器的制作方法，采用电化学腐蚀法，在腔体位置制备多孔硅层，最后释放多孔硅形成腔体，采用感应耦合等离子刻蚀形成喷口，采用低压化学气相沉积法沉积硅振动膜片，采用溶胶－凝胶法制备压电薄膜，由于腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。文档编本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电式合成射流器，包括硅基体、腔体、喷口、振动膜片和压电致动器，硅基体的下方是腔体，位于腔体上方并与腔体贯通的是喷口，腔体和喷口贯穿硅基体，振动膜片位于硅基体的下表面，并在腔体的下方形成悬置薄膜，压电致动器位于振动膜片的下表面中央，其特征在于：所述的压电致动器由压电材料，以及贴附于其上下表面的上电极和下电极构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓进军，苑伟政，马炳和，朱业传，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]